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Établir l'équation d'une réaction chimique

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Objectifs
  • Modéliser une transformation par une réaction.
  • Établir l’équation d’une réaction.
  • Ajuster une équation chimique.
Points clés
  • Une équation est la modélisation d’une réaction chimique dans laquelle figurent les symboles des réactifs et les symboles des produits de la réaction.
  • Les coefficients stœchiométriques permettent d’ajuster le nombre des atomes et des charges afin de respecter la conservation des éléments et des charges électriques.
  • Ajuster une équation, c’est déterminer les coefficients stœchiométriques afin d’assurer la conservations des éléments et des charges.
Pour bien comprendre
  • Les éléments chimiques
  • Atomes, molécules et ions
1. L'équation d'une réaction chimique

Au cours d’une réaction chimique, les réactifs disparaissent pour donner les produits de la réaction.

À chaque transformation chimique est associée une réaction chimique, laquelle permet de rendre compte à l’échelle macroscopique de cette transformation. On peut donc dire que l’évolution d’un système chimique est modélisée par une réaction chimique.

Exemple
Soit du fer métallique Fe qui réagit avec du dioxygène O2 : ce sont les réactifs. Ils réagissent entre eux pour conduire à un produit appelé oxyde de fer, de formule Fe2O3.

Avant réaction, on a des atomes de fer et des atomes d’oxygène. Après réaction, on retrouve les mêmes atomes mais « agencés » différemment pour former une autre molécule.
Lors d’une réaction chimique, il y a une conservation :
  • de la matière : c'est-à-dire conservation de la nature et du nombre des atomes mis en jeu ;
  • des charges mises en jeu.

Cette conservation de la matière et des charges peut être résumée par l’écriture symbolique de la réaction chimique, c'est-à-dire son équation chimique, laquelle dresse en quelque sorte le bilan de la réaction.

Principe
  1. L’équation d’une réaction chimique comporte une flèche, avec à sa gauche les formules des réactifs, et à sa droite les formules des produits.
                                  Réactifs → Produits
  2. Il faut préciser l’état physique des réactifs et des produits : (s) pour les solides, (l) pour les liquides, (g) pour les gaz et (aq) pour les solutions aqueuses.
  3. On fait précéder chaque formule d’un nombre appelé coefficient stœchiométrique (prononcer steuquiométrique), qui permet d’ajuster le nombre des atomes et des charges afin de respecter la conservation des éléments et des charges électriques.
Exemple
L’équation chimique de la réaction du dioxygène sur le fer est la suivante : 4 Fe(s) + 3 O2(g) → 2 Fe2O3(s)

L’équation-bilan indique que 4 moles de fer réagissent avec 3 moles de dioxygène pour former 2 moles d’oxyde de fer : ces nombres (4, 3 et 2) sont les coefficients stœchiométriques (étymologiquement : « stoechio » signifie « élément »).

Il y a bien conservation des éléments chimiques :
  • 4 atomes de fer à gauche de la flèche et également 4 à droite ;
  • 6 atomes d’oxygène à gauche de la flèche et 6 à droite.
2. Ajuster l'équation d'une réaction chimique
a. Méthode

On considère l’équation associée à la réaction chimique de l’acide chlorhydrique sur le magnésium, qui forme du dihydrogène et des ions magnésium.

Méthode
  1. Poser l’équation.
    On note que chaque formule n’est pas modifiable puisqu’elle est associée à un réactif.
             H+(aq) + Mg(s) → H2(g) + Mg2+(aq)
  2. Faire le bilan de chaque élément.
      Réactifs Produits
    Nombre d’éléments hydrogène 1 2
    Nombre d’éléments magnésium 1 1
    On constate qu’il y a deux fois plus d’hydrogène dans les produits que dans les réactifs : il va donc falloir ajuster les coefficients stœchiométriques de l’équation, de manière à doubler le nombre d’hydrogène dans les réactifs.
  3. Ajuster les nombres stœchiométriques.
              2H+(aq) + Mg(s) → H2(g) + Mg2+(aq)
  4. Vérifier les lois de conservation.
    On vérifie qu’il y a 2 éléments hydrogène et 1 élément magnésium dans la somme des réactifs et dans la somme des produits.
    Il y a, de plus, 2 charges électriques positives dans la somme des réactifs comme dans la somme des produits.

L’équation chimique se lit : 2 moles d’ions H+ en solution aqueuse réagit avec 1 mole de magnésium solide Mg, pour former 1 mole de dihydrogène gazeux H2 et 1 mole d’ions magnésium Mg2+ en solution aqueuse.

b. Exemples
Exemple 1 – Combustion du méthane

L’équation de la combustion du méthane est la suivante.

CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l)

On vérifie qu’il y a dans la somme des réactifs et dans la somme des produits :

  • 1 élément carbone ;
  • 4 éléments hydrogène ;
  • 4 éléments oxygène.

1 mole de méthane gazeux (CH4) réagit avec 2 moles de dioxygène gazeux (O2) pour former 1 mole de dioxyde de carbone gazeux (CO2) et 2 moles d’eau liquide (H2O).

Exemple 2 – Réaction de l’acide chlorhydrique sur le calcaire

L’équation de la réaction de l’acide chlorhydrique sur le calcaire est la suivante.

CaCO3(s) + 2 H+(aq) → CO2(g) + Ca2+(aq) + H2O(l)

On vérifie qu’il y a dans la somme des réactifs et dans la somme des produits :

  • 1 élément calcium ;
  • 1 élément carbone ;
  • 3 éléments oxygène ;
  • 2 éléments hydrogène ;
  • 2 charges positives.

1 mole de carbonate de calcium solide (CaCO3) réagit avec 2 moles d’ions H+ en solution aqueuse pour former 1 mole de dioxyde de carbone gazeux (CO2), 1 mole d’ions calcium (Ca2+) en solution aqueuse et 1 mole d’eau liquide (H2O).

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